Fabio Arlati: fabio.arlati@dresd Francesco Caponio: francescoponio@dresd

1. Localizzazionedisorgenti audio tramitetecnichemultimicrofonorealizzate con architettura Atmel D740 Fabio Arlati: fabio.arlati@dresd.org Francesco Caponio: francesco.caponio@dresd.org Relatore: Prof.ssa Anna Maria Antola Correlatore: Ing. Marco Domenico Santambrogio

2. Motivazioni • Studio dell'architettura Atmel Diopsis 740 • Realizzazione di un sistema di eliminazione del rumore tramite estensione dell'algoritmo di Sottrazione Spettrale: • VAD (Voice Activity Detector) • Riduzione del Rumore Residuo • Array di Microfoni (con Beamforming)‏ • Array di Microfoni (con Localizzazione e post-filtraggio)‏ 2

3. Obiettivi • Studio di tecniche per la localizzazione sul piano di una sorgente audio impulsiva: • Multilaterazione • Algoritmo di Bancroft • Implementazione di tale tecnica su Diopsis 740 3

4. Indice • Panoramica sul materiale a disposizione: • Atmel Diopsis 740 su scheda JTST • Amplificatore • Sottrazione Spettrale • Studio della tecnica di multilaterazione • Analisi dell'algoritmo • Verifica della validità dell’algoritmo • Implementazione su scheda • Verifica del funzionamento dell’applicazione • Conclusione e Sviluppi Futuri 4

5. Diopsis 740 • Dual-core: • ARM7TDMI • Master • RISC • GestionePeriferiche • mAgic DSP • Slave • VLIW • CalcoliComplessi • Float 40 bit • 1 GFLOPS 32kB ARM ARM7TDMI ASB / APB Bridge Memory SPI0 SPI1 ASB USART0 Shared Data Bus Mux / Demux USART1 Memory Program Bus Mux / Demux TIMER Data Mem Watchdog 8kx128 bit mAgic VLIW 2 x 6k x 40 bit Program PIO Double Bank DSP core Double Port Mem PDC ADDA Clock Gen x Data Buffer 2 2k word Double Bank, Double Port IRQ Ctrl Data / Program Bus Mux 5

6. JTST – JigTeST for Diopsis 740 RS-232-0 DB-9 CONN RS-232-1 DB-9 CONN STAB 5-1.8 V • USARTs • RST • PIO • XMA Diopsis 740 • XMD[15:0] • ARMD • XMD[55:40] • PLL • XMD[31:16] • CLKs • CNTRLs • ICE • ARMC • XMD[71:56] • ARMA • XMD[39:32] • ADDA • SPIs • XMD[79:72] USB CONN AUDIO OUT 1 AUDIO IN 1 AUDIO OUT 2 AUDIO IN 2 AUDIO OUT 3 AUDIO IN 3 AUDIO OUT 4 AUDIO IN 4 • Oscillatore 25 Mhz • 4 CODEC Stereo 20 bit • Display a 7 segmenti • Interfacce: • Seriali RS-232 • Seriali SPI • USB (Emulazione Seriale) • Sistema operativo eCos • Bootloader RedBoot • Ambiente di sviluppo MADE LED 7-SEG DISPLAY STABILIZZ 5-3.3 V EXT PSU CONN PIO CONN • USART • USART RST IRQ JP8 JP9 DIP SWITCH M-ICE JTAG CONN FLASH ARM PRG 1Mx16 JP5 SSRAM MAGIC DATA L 128kx36 JP4 25 MHz OSC Diopsis 740 JP6 SRAM ARM DATA L 128kx8 JP7 SSRAM MAGIC DATA H 128kx36 JP1 SRAM ARM DATA H 128kx8 CLK DIV JP10 JP2 JP3 SSRAM MAGIC DATA E 128kx36 CLK DIV 6 MHz SPI-1 CONN ADDA BUFFER JP11 USB CTRL USB LED SPI-0 CONN CODEC CODEC CODEC CODEC 6

7. Amplificatore • Line-In: -10 : +4 dbmA • Mic-Out: -60 dbmA • 35 dB amplificazione • Nessuna distorsione da 20 Hz a 20 kHz 7

8. Sottrazione Spettrale y(t) = x(t) + n(t)‏ x(t)‏ X(f) = Y(f) - N(f)‏ FFT IFFT • Campionamenti a 8 KHz • FFT (Fast Fourier Transform) su finestra di 128 campioni • Riduzione del rumore di 12 dB • Ma: • Richiede SNR (Signal to Noise Ratio) alto • Elimina solo rumori statici, incorrelati col parlato • Miglioramenti: • VAD (Voice Activity Detector) • Riduzione del Rumore Residuo • Array di Microfoni (con Beamforming / Localizzazione)‏ 8

9. Localizzazione della Sorgente • Triangolazione • Trilaterazione • Multilaterazione 9

10. SoluzionedelleequazionidiMultilaterazione Algoritmo di Bancroft1 1 Stephen Bancroft – An algebraic Solution of the GPS Equations Michael Geyer, Anastasios Daskalakis – Solving Passive Multilateration Equations using Bancroft’s Algorithm 10

11. Verifica della validità dell’algoritmo Configurazione di prova Validazione dei risultati ottenuti 11

12. Struttura dell’applicazione Divisione dei compiti tra i due processori 12

13. Simulazione con doppia scheda: Risultati corretti Ambiente reale: Efficacema Strumentazione non all'altezza Presenza di eco Verifica del funzionamentodell’applicazione 13

14. Conclusioni e Sviluppi Futuri • Utilizzo di microfoni omnidirezionali • Implementazione di una funzione di eliminazione dell’eco • Individuazione di una sorgente audio nello spazio (3D) • Aggregazione del sistema completo su FPGA con modulo mAgic 14

15. Domande ? 15